- H = U + PV
- Aká je entalpia formácie?
- príklad
- Exotermické a endotermické reakcie
- Exotermická reakcia
- Endotermická reakcia
- Entalpia hodnôt tvorby niektorých anorganických a organických chemických zlúčenín pri 25 ° C a tlaku 1 atm
- Cvičenia na výpočet entalpie
- Cvičenie 1
- Cvičenie 2
- Cvičenie 3
- Referencie
Entalpia je meradlom množstvo energie obsiahnutej v tele (systéme), ktorý má objem, je vystavený tlaku, je zameniteľný s prostredím. Je to písmeno H. Fyzická jednotka, ktorá je s ňou spojená, je Joule (J = kgm2 / s2).
Matematicky sa dá vyjadriť takto:
H = U + PV
Kde:
H = entalpie
U = vnútorná energia systému
P = tlak
V = objem
Ak sú U a P a V stavové funkcie, bude tiež H. Je to preto, že v danom okamihu môžu byť stanovené určité počiatočné a konečné podmienky pre premennú, ktorá sa má študovať v systéme.
Aká je entalpia formácie?
Je to teplo absorbované alebo uvoľňované systémom, keď sa 1 mol látky vyrobí z jej prvkov v normálnom stave agregácie; pevný, tekutý, plynný roztok alebo v jeho najstabilnejšom alotrópnom stave.
Najstabilnejším alotropickým stavom uhlíka je grafit, okrem toho, že je za normálnych podmienok atmosféra tlaku 1 a teplota 25 ° C.
Označuje sa ako H ° f. Touto cestou:
AH ° f = H finálna - H počiatočná
Δ: Grécky list, ktorý symbolizuje zmenu alebo zmenu energie konečného a pôvodného stavu. Dolný index f znamená vytvorenie zlúčeniny a horný index alebo štandardné podmienky.
príklad
Zohľadňujúc reakciu tvorby tekutej vody
H2 (g) + O2 02 (g) H2O (1) AH ° f = -285,84 kJ / mol
Činidlá : Vodík a kyslík v jeho prirodzenom stave sú plynné.
Produkt : 1 mol tekutej vody.
Malo by sa poznamenať, že entalpie tvorby podľa definície sú pre 1 mól vyrobenej zlúčeniny, takže reakcia musí byť upravená, pokiaľ je to možné, pomocou frakčných koeficientov, ako je vidieť v predchádzajúcom príklade.
Exotermické a endotermické reakcie
V chemickom procese môže byť entalpia tvorby pozitívna AHof> 0, ak je reakcia endotermická, to znamená, že absorbuje teplo z média alebo záporná AHof <0, ak je reakcia exotermická s emisiou tepla zo systému.
Exotermická reakcia
Reaktanty majú vyššiu energiu ako produkty.
AH ° f <0
Endotermická reakcia
Reaktanty majú nižšiu energiu ako produkty.
AH ° f> 0
Ak chcete správne napísať chemickú rovnicu, musí byť molárne vyvážená. Aby sa dosiahol súlad so zákonom o ochrane hmoty, musí obsahovať aj informácie o fyzikálnom stave reaktantov a produktov, ktoré sa nazýva stav agregácie.
Musí sa tiež vziať do úvahy, že čisté látky majú za štandardných podmienok a v najstabilnejšej forme entalpiu tvorby nuly.
V chemickom systéme, v ktorom sú reaktanty a produkty, je entalpia reakcie rovnaká ako entalpia tvorby za štandardných podmienok.
AH ° rxn = AH ° f
Berúc do úvahy vyššie uvedené, musíme:
ΔH ° rxn = ∑produkuje H reareaktívne produkty Hreactive
Vzhľadom na nasledujúcu fiktívnu reakciu
aA + bB cC
Kde a, b, c sú koeficienty vyváženej chemickej rovnice.
Výraz pre entalpiu reakcie je:
ΔH ° rxn = c HH ° f C (a fH ° f A + b AH ° f B)
Za predpokladu, že: a = 2 mol, b = 1 mol a c = 2 mol.
AH ° f (A) = 300 KJ / mol, AH ° f (B) = -100 KJ / mol, AH ° f (C) = -30 KJ. Vypočítajte AH ° rxn
AH ° rxn = 2 mol (-30 KJ / mol) - (2 mol (300 KJ / mol + 1 mol (-100 KJ / mol)) = -60 KJ - (600 KJ - 100 KJ) = -560 KJ
AH ° rxn = -560 KJ.
To potom zodpovedá exotermickej reakcii.
Entalpia hodnôt tvorby niektorých anorganických a organických chemických zlúčenín pri 25 ° C a tlaku 1 atm
Cvičenia na výpočet entalpie
Cvičenie 1
Nájdite entalpiu reakcie NO2 (g) podľa nasledujúcej reakcie:
2NO (g) + O2 (g) 2NO2 (g)
Pomocou rovnice pre entalpiu reakcie máme:
ΔH ° rxn = ∑produkuje H reareaktívne produkty Hreactive
AH ° rxn = 2 mol (AH ° f NO2) - (2 mol AH ° f NO + 1 mol AH ° f O2)
V tabuľke v predchádzajúcej časti je zrejmé, že entalpia tvorby kyslíka je 0 KJ / mol, pretože kyslík je čistá zlúčenina.
AH ° rxn = 2 mol (33,18 KJ / mol) - (2 mol 90,25 KJ / mol + 1 mol 0)
AH ° rxn = -114,14 KJ
Ďalším spôsobom, ako vypočítať entalpiu reakcie v chemickom systéme, je HESS LAW, ktorý navrhol švajčiarsky chemik Germain Henri Hess v roku 1840.
Zákon hovorí: „Energia absorbovaná alebo emitovaná v chemickom procese, pri ktorom sa reaktanty premieňajú na produkty, je rovnaká, či sa uskutočňuje v jednej fáze alebo vo viacerých“.
Cvičenie 2
Prídavok vodíka k acetylénu za vzniku etánu sa môže uskutočniť v jednom kroku:
C2H2 (g) + 2H2 (g) H3CCH3 (g) AH ° f = - 311,42 KJ / mol
Alebo sa to môže stať aj v dvoch fázach:
C2H2 (g) + H2 (g) H2C = CH2 (g) AH ° f = - 174,47 KJ / mol
H2C = CH2 (g) + H2 (g) H3CCH3 (g) AH ° f = - 136,95 KJ / mol
Algebraicky sme pridali obe rovnice:
C2H2 (g) + H2 (g) H2C = CH2 (g) AH ° f = - 174,47 KJ / mol
H2C = CH2 (g) + H2 (g) H3CCH3 (g) AH ° f = - 136,95 KJ / mol
C2H2 (g) + 2H2 (g) H3CCH3 (g) AH ° rxn = 311,42 KJ / mol
Cvičenie 3
(Prevzaté zo stránok quimitube.com. Cvičenie 26. Termodynamika Hessovho zákona)
Ako je zrejmé z tvrdenia problému, objavujú sa iba niektoré číselné údaje, ale chemické reakcie sa neobjavujú, preto je potrebné ich napísať.
CH3CH20H (1) + 3O2 (g) 2CO2 (g) +3 H20 (1) AH1 = -1380 KJ / mol.
Hodnota negatívnej entalpie sa píše, pretože problém hovorí, že došlo k uvoľneniu energie. Musíme tiež vziať do úvahy, že ide o 10 gramov etanolu, preto musíme vypočítať energiu pre každý mól etanolu. Za týmto účelom sa vykonáva:
Žiada sa molárna hmotnosť etanolu (súčet atómových hmotností), hodnota rovná 46 g / mol.
AH1 = -300 KJ (46 g) etanol = - 1380 KJ / mol
10 g etanolu 1 mol etanolu
To isté platí pre kyselinu octovú:
CH3COOH (l) + 2O2 (g) 2CO2 (g) + 2 H20 (1) AH2 = -840 KJ / mol
AH2 = -140 KJ (60 g kyseliny octovej) = - 840 KJ / mol
10 g kyseliny octovej, 1 mol kyseliny octovej.
V predchádzajúcich reakciách je opísané spaľovanie etanolu a kyseliny octovej, takže je potrebné napísať problémový vzorec, ktorým je oxidácia etanolu na kyselinu octovú pri výrobe vody.
Toto je reakcia, ktorú si tento problém vyžaduje. Je to už vyvážené.
CH3CH20H (1) + 02 (g) CH3COOH (1) + H20 (1) AH3 =?
Hessova aplikácia práva
Za týmto účelom vynásobíme termodynamické rovnice číselnými koeficientmi, aby sa stali algebraickými a aby sme boli schopní správne usporiadať každú rovnicu. Toto sa uskutoční, keď jeden alebo viac reaktantov nie je na zodpovedajúcej strane rovnice.
Prvá rovnica zostáva rovnaká, pretože etanol je na strane reaktantov, ako je uvedené v problémovej rovnici.
Druhá rovnica sa musí vynásobiť koeficientom -1 takým spôsobom, aby sa kyselina octová, ktorá je ako reaktant, mohla stať produktom.
CH3CH20H (1) + 3O2 (g) 2CO2 (g) + 3H20 (1) AH1 = -1380 KJ / mol.
- CH3COOH (1) - 202 (g) - 2CO2 (g) - 2H20 (1) AH2 = - (-840 KJ / mol)
CH3CH3OH + 3O2 -2O2 - CH3COOH 2CO2 + 3H2O -2CO2
-2H2O
Pridávajú algebraicky, a to je výsledok: rovnica požadovaná v probléme.
CH3CH30H (1) + 02 (g) CH3COOH (1) + H20 (1)
Stanovte entalpiu reakcie.
Rovnakým spôsobom, ako sa každá reakcia vynásobila číselným koeficientom, musí sa vynásobiť aj hodnota entalpií.
AH3 = 1x AH1 -1 x AH2 = 1x (-1380) -1x (-840)
AH3 = -1380 + 840 = - 540 KJ / mol
AH3 = - 540 KJ / mol.
V predchádzajúcom cvičení má etanol dve reakcie, spaľovanie a oxidáciu.
Pri každej spaľovacej reakcii dochádza k tvorbe CO2 a H2O, zatiaľ čo pri oxidácii primárneho alkoholu, napríklad etanolu, dochádza k tvorbe kyseliny octovej.
Referencie
- Cedrón, Juan Carlos, Victoria Landa, Juana Robles (2011). Všeobecná chémia. Učebný materiál. Lima: Pápežská katolícka univerzita v Peru.
- Chémia. Libretexts. Termochémia. Prevzaté z hem.libretexts.org.
- Levine, I. Physicochemistry. vol.2.